CN109741451A - 一种基于地形图构建三维地表bim模型的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于地形图构建三维地表BIM模型的系统，包括：地形图数据分区模块、构筑物区数据提取模块、等高线数据提取模块、等高线数据恢复模块、三维地表建模模块、道路中轴线平面坐标数据及道路宽度计算模块、道路中轴线高程数据计算模块、道路路面多边形带建模模块、道路路面多边形带模型修正模块、三维曲面建模模块、三维直壁建模模块、基于高程点的道路边坡建模模块、基于道路边坡边界轮廓线的道路边坡建模模块、道路三维直壁建模模块、建筑物三维建模模块和三维地表BIM模型集成模块。本发明将整个地形图分解为等高线区与构筑物区，从而可以有效支撑地形、构筑物一体化三维地表BIM建模。

Description

一种基于地形图构建三维地表BIM模型的系统

技术领域

本发明涉及BIM应用技术领域，特别涉及一种基于地形图构建三维地表BIM模型的系统。

背景技术

工程建设行业正在全面推进规划、勘测、设计、施工、运营全流程生命周期的建筑信息模型(BIM，Building Information Model)应用。目前BIM主要在设计阶段、施工阶段中取得了一些实质性的应用与进展，而在勘测阶段的BIM应用基本处于起步阶段，现有地表BIM模型与道路、建筑等模型之间难以保证拓扑一致。充分利用传统的地形图，按照工程全生命周期BIM应用要求，构建地形、路网、建筑等拓扑一致的三维地表BIM模型，既存在技术难点，也是当前BIM应用的重要组成部分。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种基于地形图构建三维地表BIM模型的系统

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种基于地形图构建三维地表BIM模型的系统，包括：

地形数据分区模块用于将整个地形图划分为等高线区和构筑物区，并获取等高线区范围及等高线区数据、构筑物区范围及构筑物区数据；

构筑物区数据提取模块用于获取所述地形数据分区模块中的构筑物区数据，并从中提取得到各构筑物和道路的边界轮廓线及相应边界轮廓线范围内的高程点数据；

等高线数据提取模块用于获取所述地形数据分区模块中的等高线区数据，提取并得到等高线区内的等高线数据和高程点数据；

等高线数据恢复模块用于根据所述地形数据分区模块中的等高线区数据、构筑物区范围，以及所述等高线数据提取模块中的等高线区内的等高线数据和高程点数据，针对地形图整体范围，将被构筑物区打断的等高线进行连接，得到整体等高线数据；

三维地表建模模块用于根据所述等高线区数据提取模块的等高线区内的高程点数据、所述等高线数据恢复模块的整体等高线数据，构建整体三维地表模型；

道路中轴线平面坐标数据及道路宽度计算模块用于根据所述构筑物区数据提取模块得到的各道路两侧的边界轮廓线数据，计算各道路两侧边界轮廓线的中心线及宽度，得到各道路的中轴线平面坐标及道路宽度数据；

道路中轴线高程数据计算模块用于根据所述道路中轴线平面坐标数据及道路宽度计算模块的各道路的中轴线平面坐标数据、所述等高线数据恢复模块的整体等高线数据，计算得到各道路的道路纵断面线数据；

道路路面多边形带建模模块根据所述道路中轴线平面坐标数据及道路宽度计算模块得到的各道路的宽度数据、所述道路中轴线高程数据计算模块得到的各道路的道路纵断面线数据，以道路纵断面线数据为中心加上相应的道路宽度数据，计算得到各道路路面多边形带模型数据；

道路路面多边形带模型修正模块用于根据所述构筑物区数据提取模块得到的道路边界轮廓线内的高程点数据，对所述道路路面多边形带建模模块得到的道路路面多边形带模型数据进行插值修正计算，得到道路路面多边形带修正模型；

三维曲面建模模块用于基于给定的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点数据，计算得到该给定边界轮廓线范围的三维曲面模型数据；

三维直壁建模模块用于基于给定的边界轮廓线以及三维地表建模模块得到的整体三维地表模型，计算得到两者之间的三维直壁模型；

基于高程点的道路边坡建模模块用于针对高程点数据量大的情况，根据所述构筑物区数据提取模块得到的道路边坡的边界轮廓线内的高程点数据以及所述道路路面多边形带模型修正模块得到的道路路面多边形带修正模型中的道路边界轮廓线，计算得到道路边坡三维模型；

基于道路边坡边界轮廓线的道路边坡建模模块针对高程点数据量小的情况，根据所述构筑物区数据提取模块得到的道路边坡边界轮廓线内的高程点数据、所述道路路面多边形带模型修正模块得到的道路路面多边形带修正模型中的道路边界轮廓线以及所述三维地表建模模块得到的整体三维地表模型，计算得到道路边坡三维模型；

道路三维直壁建模模块用于根据所述构筑物区数据提取模块提取的各道路边坡的边界轮廓线、所述道路路面多边形带模型修正模块得到的道路路面多边形带修正模型数据，对于各道路不存在边坡边界轮廓线的一侧，采用所述三维直壁建模模块基于道路路面多边形带修正模型边界轮廓线和所述三维地表建模模块得到的整体三维地表模型，构建得到道路三维直壁模型；

建筑物三维建模模块用于根据所述三维地表建模模块得到的整体三维地表模型、所述构筑物区数据提取模块得到的各建筑物边界轮廓线以及相应边界轮廓线内的高程点数据，构建得到建筑物三维模型；

三维地表BIM模型集成模块用于根据所述三维地表建模模块得到的整体三维地表模型、所述道路路面多边形带模型修正模块得到的道路路面多边形带修正模型、所述基于高程点的道路边坡建模模块得到的道路边坡三维模型、所述基于道路边坡边界轮廓线的道路边坡建模模块得到的道路边坡三维模型、所述道路三维直壁建模模块得到的道路三维直壁模型、所述建筑物三维建模模块得到的建筑物三维模型，计算得到最终的三维地表BIM模型。

进一步，所述构筑物区数据提取模块提取得到各构筑物和道路的边界轮廓线及相应边界轮廓线范围内的高程点数据，包括：

(1)各建筑物的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点数据；

(2)各道路两侧的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点数据；

(3)各道路边坡的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点数据，其中各道路边坡的边界轮廓线由边坡的坡顶线或坡脚线及其所对应最近一侧的道路边界轮廓线组成。

进一步，所述道路中轴线高程数据计算模块计算得到各道路的道路纵断面线数据由相应道路的中轴线平面坐标数据和对应的高程数据组成。

进一步，所述基于高程点的道路边坡建模模块根据所述构筑物区数据提取模块得到的道路边坡的边界轮廓线内的高程点数据和所述道路路面多边形带模型修正模块得到的道路路面多边形带修正模型中的道路边界轮廓线，如果相应边界轮廓线内的高程点数据量大，则所述三维曲面建模模块基于道路边坡的坡顶线或坡脚线及其所对应最近一侧的道路边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点数据，构建道路边坡坡面三维曲面模型；然后采用所述三维直壁建模模块基于道路边坡的坡顶线或坡脚线以及三维地表建模模块得到的整体三维地表模型，构建边坡三维直壁模型；整合上述得到的道路边坡坡面三维曲面模型与边坡三维直壁模型，得到道路边坡三维模型。

进一步，所述基于道路边坡边界轮廓线的道路边坡建模模块根据道路边坡边界轮廓线内的高程点数据、道路路面多边形带修正模型中的道路边界轮廓线以及整体三维地表模型，如果相应边界轮廓线内的高程点数据量小，则首先将边坡的坡顶线或坡脚线对整体三维地表模型进行相交计算，得到该边坡的坡顶线或坡脚线所对应的三维地表边界线；然后基于该边坡的坡顶线或坡脚线所对应最近一侧的道路边界轮廓线以及上一步得到的三维地表边界线，构建得到两者之间的三维曲面模型；如果该道路边坡的边界轮廓线内有高程点数据，则将这些高程点数据对上一步得到的三维曲面模型进行插值修正，得到道路边坡三维模型。

进一步，所述建筑物三维建模模块采用三维曲面建模模块基于各建筑物边界轮廓线以及相应边界轮廓线内的高程点数据，构建得到建筑物顶面三维模型；然后采用所述三维直壁建模模块基于各建筑物边界轮廓线以及整体三维地表模型，构建得到建筑物三维直壁模型；整合上述得到的建筑物顶面三维模型与建筑物三维直壁模型，得到建筑物三维模型。

进一步，所述三维地表BIM模型集成模块首先整合所述道路路面多边形带修正模型、道路边坡三维模型、道路边坡三维模型、道路三维直壁模型、建筑物三维模型，得到地表构筑物三维BIM综合模型；然后将上述所有模块产生的三维地表边界线对三维地表建模模块得到的整体三维地表模型进行切割，得到修正后的三维地表模型；最后整合地表构筑物三维BIM综合模型与修正后的三维地表模型，得到最终的三维地表BIM模型。

进一步，所述三维曲面建模模块基于给定的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点数据，构建基于给定高程点数据的三维曲面模型；然后将给定的边界轮廓线对三维曲面模型进行相交计算，得到该给定边界轮廓线范围的三维曲面模型数据；

其中，所述给定的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点数据包括：所述构筑物区数据提取模块得到的各建筑物的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点数据；所述构筑物区数据提取模块得到的道路边坡的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点数据。

进一步，所述三维直壁建模模块基于给定的边界轮廓线以及所述三维地表建模模块得到的整体三维地表模型，将该给定的边界轮廓线沿竖直方向投影至整体三维地表模型，并对整体三维地表模型进行相交计算，得到该给定的边界轮廓线对应的三维地表边界线；然后基于该给定的边界轮廓线与上一步得到的该给定的边界轮廓线对应的三维地表边界线，构建得到两者之间的三维直壁模型，

其中，所述给定的边界轮廓线包括：所述构筑物区数据提取模块得到的各建筑物的边界轮廓线、道路边坡的坡顶线或坡脚线；所述道路路面多边形带模型修正模块得到的道路路面多边形带修正模型边界轮廓线。

根据本发明实施例的基于地形图构建三维地表BIM模型的系统，具有以下有益效果：

1、本发明将整个地形图分解为等高线区与构筑物区，从而可以有效支撑地形、构筑物一体化三维地表BIM建模。

2、本发明将构筑物区的等高线补齐，结合等高线区的数据，从而可以得到整体场区的原始三维地表模型。

3、本发明可以灵活地根据边坡区域的原始数据特点，分为基于高程点的道路边坡建模、基于道路边坡边界轮廓线的道路边坡建模两种模式，可以有效地利用边坡区域的高程点数据与地表模型数据，从而构建出与已知数据误差最小的三维道路边坡模型。

4、本发明采用两大建模流程技术：(1)基于给定边界轮廓线与边界轮廓线范围内高程点(已知测绘点)构建该给定边界范围内的三维不规则拓扑曲面模型；(2)基于给定边界轮廓线沿竖直方向投影至三维地表不规则三角网模型，并对三维地表不规则三角网模型进行拓扑切割，构建三维直壁模型；从而可以快速有效地构建路网、建筑物等三维地表构筑物BIM模型。

5、本发明所构建的三维地表BIM模型中，三维道路、道路边坡、建筑物等地表构筑物与地形之间保持空间拓扑一致。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的基于地形图构建三维地表BIM模型的系统的示意图；

图2为根据本发明实施例的基于地形图构建三维地表BIM模型的系统的构建流程图；

图3为根据本发明实施例的地形图数据分区模块将整个地形图分为等高线区和构筑物区两部分的示意图；

图4为根据本发明实施例的各建筑物的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点的示意图；

图5为根据本发明实施例的各道路两侧的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点的示意图；

图6为根据本发明实施例的各道路边坡的边界轮廓线的示意图；

图7为根据本发明实施例的等高线区内的等高线数据和高程点数据的示意图；

图8为根据本发明实施例的等高线区内的等高线数据的示意图；

图9为根据本发明实施例的三维地表模型采用不规则三角网的示意图；

图10为根据本发明实施例的各道路的中轴线平面坐标及道路宽度数据的示意图；

图11为根据本发明实施例的各道路的道路纵断面线数据的示意图；

图12为根据本发明实施例的道路路面多边形带修正模型的示意图；

图13为根据本发明实施例的带坡路面三维BIM模型的示意图；

图14为根据本发明实施例的最终的道路边坡三维模型的示意图；

图15为根据本发明一个实施例的道路三维直壁模型的示意图；

图16为根据本发明另一个实施例的道路三维直壁模型的示意图；

图17为根据本发明一个实施例的建筑物三维模型的示意图；

图18为根据本发明另一个实施例的建筑物三维模型的示意图；

图19为根据本发明实施例的地表构筑物三维BIM综合模型的示意图；

图20为根据本发明实施例的修正后的三维地表模型的示意图；

图21为根据本发明实施例的最终的三维地表BIM模型的示意图；

图22为根据本发明实施例的基于给定高程点数据的三维曲面模型的示意图；

图23为根据本发明实施例的给定边界轮廓线范围的三维曲面模型数据的示意图；

图24为根据本发明实施例的三维地表边界线的示意图；

图25为根据本发明实施例的给定边界轮廓线与三维地表边界线之间的三维直壁模型的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提出一种基于地形图构建三维地表BIM模型的系统，克服工程建设全生命周期BIM应用体系中，现有地表BIM模型与道路、建筑等模型之间难以保证拓扑一致的缺陷，充分基于地形图中的等高线、高程点、构筑物边界线等相关要素，针对勘测环节，基于地形图中的信息，构建地形、路网、建筑等拓扑一致的三维地表BIM模型建模的系统、方法及用途。

如图1和图2所示，本发明实施例的基于地形图构建三维地表BIM模型的系统，包括：地形图数据分区模块1、构筑物区数据提取模块2、等高线数据提取模块3、等高线数据恢复模块4、三维地表建模模块5、道路中轴线平面坐标数据及道路宽度计算模块6、道路中轴线高程数据计算模块7、道路路面多边形带建模模块8、道路路面多边形带模型修正模块9、三维曲面建模模块10、三维直壁建模模块11、基于高程点的道路边坡建模模块12、基于道路边坡边界轮廓线的道路边坡建模模块13、道路三维直壁建模模块14、建筑物三维建模模块15和三维地表BIM模型集成模块16。

具体的，地形数据分区模块用于将整个地形图划分为等高线区和构筑物区两大部分(如图3所示)，并获取等高线区范围及等高线区数据、构筑物区范围及构筑物区数据。

构筑物区数据提取模块2用于获取地形数据分区模块中的构筑物区数据，并从中提取得到各构筑物和道路的边界轮廓线及相应边界轮廓线范围内的高程点数据(已知测绘点)。

在本发明的一个实施例中，构筑物区数据提取模块2提取得到各构筑物和道路的边界轮廓线及相应边界轮廓线范围内的高程点数据，包括：

(1)各建筑物的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点(已知测绘点)数据，如图4所示；

(2)各道路两侧的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点(已知测绘点)数据，如图5所示；

(3)各道路边坡的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点(已知测绘点)数据，其中各道路边坡的边界轮廓线由边坡的坡顶线或坡脚线及其所对应最近一侧的道路边界轮廓线组成，如图6所示。

等高线数据提取模块3用于获取地形数据分区模块中的等高线区数据，提取并得到等高线区内的等高线数据和高程点数据，如图7所示。

等高线数据恢复模块4用于基于地形图数据分区模块1得到的等高线区数据、地形图数据分区模块1得到的构筑物区范围以及等高线区数据提取模块得到的等高线区内的等高线数据，针对地形图整体范围，将被构筑物区打断的等高线进行连接，得到整体等高线数据，如图8所示。

三维地表建模模块5用于根据等高线区数据提取模块得到的等高线区内的高程点数据以及基于等高线数据恢复模块4得到的整体等高线数据，构建整体三维地表模型。

在本发明的一个实施例中，三维地表建模模块5构建的三维地表模型采用不规则三角网(TIN,Triangulated Irregular Network)进行描述，如图9所示。

道路中轴线平面坐标数据及道路宽度计算模块6用于根据构筑物区数据提取模块2得到的各道路两侧的边界轮廓线数据，计算各道路两侧边界轮廓线的中心线及宽度，得到各道路的中轴线平面坐标及道路宽度数据，如图10所示。

道路中轴线高程数据计算模块7用于基于道路中轴线平面坐标数据计算模块得到的各道路的中轴线平面坐标数据以及等高线数据恢复模块4得到的整体等高线数据，计算各道路中轴线平面坐标数据所对应的高程数据，即得到各道路的道路纵断面线数据。

在本发明的一个实施例中，各道路的道路纵断面线数据由相应道路的中轴线平面坐标数据和对应的高程数据组成，如图11所示。

道路路面多边形带建模模块8根据道路中轴线平面坐标数据及道路宽度计算模块6得到的各道路的宽度数据以及道路中轴线高程数据计算模块7得到的各道路的道路纵断面线数据，以道路纵断面线数据为中心加上相应的道路宽度数据，计算得到各道路路面多边形带模型数据。

道路路面多边形带模型修正模块9用于基于构筑物区数据提取模块2得到的道路边界轮廓线内的高程点(已知测绘点)数据对道路路面多边形带建模模块8得到的道路路面多边形带模型数据进行插值修正计算，得到道路路面多边形带修正模型，如图12所示。

三维曲面建模模块10用于基于给定的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点(已知测绘点)数据，计算得到该给定边界轮廓线范围的三维曲面模型数据。

具体的，三维曲面建模模块10基于给定的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点(已知测绘点)数据，构建基于给定高程点数据的三维曲面模型，如图22所示。然后将给定的边界轮廓线对三维曲面模型进行相交计算，得到该给定边界轮廓线范围的三维曲面模型数据，如图23所示。

其中，给定的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点(已知测绘点)数据包括：给定的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点(已知测绘点)数据包括：(1)构筑物区数据提取模块2得到的各建筑物的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点(已知测绘点)数据；(2)构筑物区数据提取模块2得到的道路边坡的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点(已知测绘点)数据。

三维直壁建模模块11用于基于给定的边界轮廓线以及三维地表建模模块5得到的整体三维地表模型，计算得到两者之间的三维直壁模型。

具体的，三维直壁建模模块11基于给定的边界轮廓线以及三维地表建模模块5得到的整体三维地表模型，首先将该给定的边界轮廓线沿竖直方向(重力方向)投影至整体三维地表模型，并对整体三维地表模型进行相交计算，得到该给定的边界轮廓线对应的三维地表边界线，如图24所示。

然后基于该给定的边界轮廓线与上一步得到的该给定的边界轮廓线对应的三维地表边界线，构建得到两者之间的三维直壁模型，如图25所示。

其中，给定的边界轮廓线包括：(1)构筑物区数据提取模块2得到的各建筑物的边界轮廓线、道路边坡的坡顶线或坡脚线；(2)道路路面多边形带模型修正模块9得到的道路路面多边形带修正模型边界轮廓线等。

基于高程点的道路边坡建模模块12用于针对高程点数据量大的情况，根据构筑物区数据提取模块2得到的道路边坡的边界轮廓线内的高程点数据以及道路路面多边形带模型修正模块9得到的道路路面多边形带修正模型中的道路边界轮廓线，计算得到道路边坡三维模型。

基于高程点的道路边坡建模模块12：基于构筑物区数据提取模块2得到的道路边坡的边界轮廓线内的高程点(已知测绘点)数据以及道路路面多边形带模型修正模块9得到的道路路面多边形带修正模型中的道路边界轮廓线，如果相应边界轮廓线内的高程点(已知测绘点)数据量(记为N)较大(如N>1/平方米)，则首先采用三维曲面建模模块10，基于道路边坡的坡顶线或坡脚线及其所对应最近一侧的道路边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点(已知测绘点)数据，构建道路边坡坡面三维曲面模型；然后采用三维直壁建模模块11，基于道路边坡的坡顶线或坡脚线以及三维地表建模模块5得到的整体三维地表模型，构建边坡三维直壁模型；最后整合上两步得到的道路边坡坡面三维曲面模型与边坡三维直壁模型，即得到了道路边坡三维模型，如图13所示。

基于道路边坡边界轮廓线的道路边坡建模模块13，基于构筑物区数据提取模块2得到的道路边坡边界轮廓线内的高程点(已知测绘点)数据、道路路面多边形带模型修正模块9得到的道路路面多边形带修正模型中的道路边界轮廓线以及三维地表建模模块5得到的整体三维地表模型，如果相应边界轮廓线内的高程点(已知测绘点)数据量(记为N)较小(如N<1/平方米)，则首先将边坡的坡顶线或坡脚线对整体三维地表模型进行相交计算，得到该边坡的坡顶线或坡脚线所对应的三维地表边界线；然后基于该边坡的坡顶线或坡脚线所对应最近一侧的道路边界轮廓线以及上一步得到的三维地表边界线，构建得到两者之间的三维曲面模型；最后如果N>0，即该道路边坡的边界轮廓线内有高程点(已知测绘点)数据，则将这些高程点(已知测绘点)数据对上一步得到的三维曲面模型进行插值修正，得到道路边坡三维模型；如果N＝0，则上一步得到的三维曲面模型即为最终的道路边坡三维模型，如图14所示。

道路三维直壁建模模块1411用于根据构筑物区数据提取模块2提取的各道路边坡的边界轮廓线、道路路面多边形带模型修正模块9得到的道路路面多边形带修正模型数据，对于各道路不存在边坡边界轮廓线的一侧，采用三维直壁建模模块11，基于道路路面多边形带修正模型边界轮廓线以及三维地表建模模块5得到的整体三维地表模型，构建得到道路三维直壁模型，如图15和图16所示。

建筑物三维建模模块15用于根据三维地表建模模块5得到的整体三维地表模型、构筑物区数据提取模块2得到的各建筑物边界轮廓线以及相应边界轮廓线内的高程点(已知测绘点)数据，构建得到建筑物三维模型。

具体的，建筑物三维建模模块15采用三维曲面建模模块10，基于构筑物区数据提取模块2得到的各建筑物边界轮廓线以及相应边界轮廓线内的高程点(已知测绘点)数据，构建得到建筑物顶面三维模型；(2)采用三维直壁建模模块11，基于构筑物区数据提取模块2得到的各建筑物边界轮廓线以及三维地表建模模块5得到的整体三维地表模型，构建得到建筑物三维直壁模型；(3)整合上两步得到的建筑物顶面三维模型与建筑物三维直壁模型，即得到了建筑物三维模型，如图17和图18所示。

三维地表BIM模型集成模块16用于根据三维地表建模模块5得到的整体三维地表模型、道路路面多边形带模型修正模块9得到的道路路面多边形带修正模型、基于高程点的道路边坡建模模块12得到的道路边坡三维模型、基于道路边坡边界轮廓线的道路边坡建模模块13得到的道路边坡三维模型、道路三维直壁建模模块1411得到的道路三维直壁模型、建筑物三维建模模块15得到的建筑物三维模型，计算得到最终的三维地表BIM模型。

具体的，三维地表BIM模型集成模块16整合道路路面多边形带模型修正模块9得到的道路路面多边形带修正模型、基于高程点的道路边坡建模模块12得到的道路边坡三维模型、基于道路边坡边界轮廓线的道路边坡建模模块13得到的道路边坡三维模型、道路三维直壁建模模块1411得到的道路三维直壁模型、建筑物三维建模模块15得到的建筑物三维模型，得到地表构筑物三维BIM综合模型，，如图19所示；(2)将上述所有模块产生的三维地表边界线对三维地表建模模块5得到的整体三维地表模型进行切割，得到修正后的三维地表模型，如图20所示；(3)整合地表构筑物三维BIM综合模型与修正后的三维地表模型，即得到了最终的三维地表BIM模型，如图21所示。

本发明实施例的基于地形图构建三维地表BIM模型的系统，具有以下用途：

1、本发明可应用于城市区域规划、矿区区域规划、生态保护区域规划、水土保持区域规划等领域。

2、本发明可应用于海绵城市建设专业规划、城市地下空间开发专业规划、地热资源开发专业规划、地下水资源开发专业规划、城市防洪排涝体系建设专业规划等领域。

3、本发明可应用于工程地质、水文地质、环境地质、海洋地质、矿产地质、基础地质等领域。

4、本发明可应用于工程测绘、工程建设等领域。

5、本发明可应用于数字城市、海绵城市、智慧城市建设等领域。

根据本发明实施例的基于地形图构建三维地表BIM模型的系统，具有以下有益效果：

1、本发明将整个地形图分解为等高线区与构筑物区，从而可以有效支撑地形、构筑物一体化三维地表BIM建模。

2、本发明将构筑物区的等高线补齐，结合等高线区的数据，从而可以得到整体场区的原始三维地表模型。

3、本发明可以灵活地根据边坡区域的原始数据特点，分为基于高程点的道路边坡建模、基于道路边坡边界轮廓线的道路边坡建模两种模式，可以有效地利用边坡区域的高程点数据与地表模型数据，从而构建出与已知数据误差最小的三维道路边坡模型。

4、本发明采用两大建模流程技术：(1)基于给定边界轮廓线与边界轮廓线范围内高程点(已知测绘点)构建该给定边界范围内的三维不规则拓扑曲面模型；(2)基于给定边界轮廓线沿竖直方向投影至三维地表不规则三角网模型，并对三维地表不规则三角网模型进行拓扑切割，构建三维直壁模型；从而可以快速有效地构建路网、建筑物等三维地表构筑物BIM模型。

5、本发明所构建的三维地表BIM模型中，三维道路、道路边坡、建筑物等地表构筑物与地形之间保持空间拓扑一致。

在本说明书的描述中，参考术语一个实施例、一些实施例、示例、具体示例、或一些示例等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (9)

1.一种基于地形图构建三维地表BIM模型的系统，其特征在于，包括：

地形数据分区模块用于将整个地形图划分为等高线区和构筑物区，并获取等高线区范围及等高线区数据、构筑物区范围及构筑物区数据；

构筑物区数据提取模块用于获取所述地形数据分区模块中的构筑物区数据，并从中提取得到各构筑物和道路的边界轮廓线及相应边界轮廓线范围内的高程点数据；

等高线数据提取模块用于获取所述地形数据分区模块中的等高线区数据，提取并得到等高线区内的等高线数据和高程点数据；

等高线数据恢复模块用于根据所述地形数据分区模块中的等高线区数据、构筑物区范围，以及所述等高线数据提取模块中的等高线区内的等高线数据和高程点数据，针对地形图整体范围，将被构筑物区打断的等高线进行连接，得到整体等高线数据；

三维地表建模模块用于根据所述等高线区数据提取模块的等高线区内的高程点数据、所述等高线数据恢复模块的整体等高线数据，构建整体三维地表模型；

道路中轴线平面坐标数据及道路宽度计算模块用于根据所述构筑物区数据提取模块得到的各道路两侧的边界轮廓线数据，计算各道路两侧边界轮廓线的中心线及宽度，得到各道路的中轴线平面坐标及道路宽度数据；

道路中轴线高程数据计算模块用于根据所述道路中轴线平面坐标数据及道路宽度计算模块的各道路的中轴线平面坐标数据、所述等高线数据恢复模块的整体等高线数据，计算得到各道路的道路纵断面线数据；

道路路面多边形带建模模块根据所述道路中轴线平面坐标数据及道路宽度计算模块得到的各道路的宽度数据、所述道路中轴线高程数据计算模块得到的各道路的道路纵断面线数据，以道路纵断面线数据为中心加上相应的道路宽度数据，计算得到各道路路面多边形带模型数据；

道路路面多边形带模型修正模块用于根据所述构筑物区数据提取模块得到的道路边界轮廓线内的高程点数据，对所述道路路面多边形带建模模块得到的道路路面多边形带模型数据进行插值修正计算，得到道路路面多边形带修正模型；

三维曲面建模模块用于基于给定的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点数据，计算得到该给定边界轮廓线范围的三维曲面模型数据；

三维直壁建模模块用于基于给定的边界轮廓线以及三维地表建模模块得到的整体三维地表模型，计算得到两者之间的三维直壁模型；

基于高程点的道路边坡建模模块用于针对高程点数据量大的情况，根据所述构筑物区数据提取模块得到的道路边坡的边界轮廓线内的高程点数据以及所述道路路面多边形带模型修正模块得到的道路路面多边形带修正模型中的道路边界轮廓线，计算得到道路边坡三维模型；

基于道路边坡边界轮廓线的道路边坡建模模块针对高程点数据量小的情况，根据所述构筑物区数据提取模块得到的道路边坡边界轮廓线内的高程点数据、所述道路路面多边形带模型修正模块得到的道路路面多边形带修正模型中的道路边界轮廓线以及所述三维地表建模模块得到的整体三维地表模型，计算得到道路边坡三维模型；

道路三维直壁建模模块用于根据所述构筑物区数据提取模块提取的各道路边坡的边界轮廓线、所述道路路面多边形带模型修正模块得到的道路路面多边形带修正模型数据，对于各道路不存在边坡边界轮廓线的一侧，采用所述三维直壁建模模块基于道路路面多边形带修正模型边界轮廓线和所述三维地表建模模块得到的整体三维地表模型，构建得到道路三维直壁模型；

建筑物三维建模模块用于根据所述三维地表建模模块得到的整体三维地表模型、所述构筑物区数据提取模块得到的各建筑物边界轮廓线以及相应边界轮廓线内的高程点数据，构建得到建筑物三维模型；

三维地表BIM模型集成模块用于根据所述三维地表建模模块得到的整体三维地表模型、所述道路路面多边形带模型修正模块得到的道路路面多边形带修正模型、所述基于高程点的道路边坡建模模块得到的道路边坡三维模型、所述基于道路边坡边界轮廓线的道路边坡建模模块得到的道路边坡三维模型、所述道路三维直壁建模模块得到的道路三维直壁模型、所述建筑物三维建模模块得到的建筑物三维模型，计算得到最终的三维地表BIM模型。

2.如权利要求1所述的基于地形图构建三维地表BIM模型的系统，其特征在于，所述构筑物区数据提取模块提取得到各构筑物和道路的边界轮廓线及相应边界轮廓线范围内的高程点数据，包括：

(1)各建筑物的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点数据；

(2)各道路两侧的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点数据；

(3)各道路边坡的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点数据，其中各道路边坡的边界轮廓线由边坡的坡顶线或坡脚线及其所对应最近一侧的道路边界轮廓线组成。

3.如权利要求1所述的基于地形图构建三维地表BIM模型的系统，其特征在于，所述道路中轴线高程数据计算模块计算得到各道路的道路纵断面线数据由相应道路的中轴线平面坐标数据和对应的高程数据组成。

4.如权利要求1所述的基于地形图构建三维地表BIM模型的系统，其特征在于，所述基于高程点的道路边坡建模模块根据所述构筑物区数据提取模块得到的道路边坡的边界轮廓线内的高程点数据和所述道路路面多边形带模型修正模块得到的道路路面多边形带修正模型中的道路边界轮廓线，如果相应边界轮廓线内的高程点数据量大，则所述三维曲面建模模块基于道路边坡的坡顶线或坡脚线及其所对应最近一侧的道路边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点数据，构建道路边坡坡面三维曲面模型；然后采用所述三维直壁建模模块基于道路边坡的坡顶线或坡脚线以及三维地表建模模块得到的整体三维地表模型，构建边坡三维直壁模型；整合上述得到的道路边坡坡面三维曲面模型与边坡三维直壁模型，得到道路边坡三维模型。

5.如权利要求1所述的基于地形图构建三维地表BIM模型的系统，其特征在于，所述基于道路边坡边界轮廓线的道路边坡建模模块根据道路边坡边界轮廓线内的高程点数据、道路路面多边形带修正模型中的道路边界轮廓线以及整体三维地表模型，如果相应边界轮廓线内的高程点数据量小，则首先将边坡的坡顶线或坡脚线对整体三维地表模型进行相交计算，得到该边坡的坡顶线或坡脚线所对应的三维地表边界线；然后基于该边坡的坡顶线或坡脚线所对应最近一侧的道路边界轮廓线以及上一步得到的三维地表边界线，构建得到两者之间的三维曲面模型；如果该道路边坡的边界轮廓线内有高程点数据，则将这些高程点数据对上一步得到的三维曲面模型进行插值修正，得到道路边坡三维模型。

6.如权利要求1所述的基于地形图构建三维地表BIM模型的系统，其特征在于，所述建筑物三维建模模块采用三维曲面建模模块基于各建筑物边界轮廓线以及相应边界轮廓线内的高程点数据，构建得到建筑物顶面三维模型；然后采用所述三维直壁建模模块基于各建筑物边界轮廓线以及整体三维地表模型，构建得到建筑物三维直壁模型；整合上述得到的建筑物顶面三维模型与建筑物三维直壁模型，得到建筑物三维模型。

7.如权利要求1所述的基于地形图构建三维地表BIM模型的系统，其特征在于，所述三维地表BIM模型集成模块首先整合所述道路路面多边形带修正模型、道路边坡三维模型、道路边坡三维模型、道路三维直壁模型、建筑物三维模型，得到地表构筑物三维BIM综合模型；然后将上述所有模块产生的三维地表边界线对三维地表建模模块得到的整体三维地表模型进行切割，得到修正后的三维地表模型；最后整合地表构筑物三维BIM综合模型与修正后的三维地表模型，得到最终的三维地表BIM模型。

8.如权利要求1所述的基于地形图构建三维地表BIM模型的系统，其特征在于，所述三维曲面建模模块基于给定的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点数据，构建基于给定高程点数据的三维曲面模型；然后将给定的边界轮廓线对三维曲面模型进行相交计算，得到该给定边界轮廓线范围的三维曲面模型数据；

其中，所述给定的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点数据包括：所述构筑物区数据提取模块得到的各建筑物的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点数据；所述构筑物区数据提取模块得到的道路边坡的边界轮廓线与相应边界轮廓线内的高程点数据。

9.如权利要求1所述的基于地形图构建三维地表BIM模型的系统，其特征在于，所述三维直壁建模模块基于给定的边界轮廓线以及所述三维地表建模模块得到的整体三维地表模型，将该给定的边界轮廓线沿竖直方向投影至整体三维地表模型，并对整体三维地表模型进行相交计算，得到该给定的边界轮廓线对应的三维地表边界线；然后基于该给定的边界轮廓线与上一步得到的该给定的边界轮廓线对应的三维地表边界线，构建得到两者之间的三维直壁模型，

其中，所述给定的边界轮廓线包括：所述构筑物区数据提取模块得到的各建筑物的边界轮廓线、道路边坡的坡顶线或坡脚线；所述道路路面多边形带模型修正模块得到的道路路面多边形带修正模型边界轮廓线。